CN101496453A - 用于加热放电灯电极的方法和电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于准确控制放电灯电极的加热的方法和电路。根据本发明，产生一种反馈电压。所述反馈电压表示电极电压，尤其是当放电灯处于非发光状态时的电极电压，于是所述电极电压表示加热电压。将所述反馈电压与预选确定的基准电压比较，所述基准电压表示所期望的加热电压。所述比较器产生并输出误差信号，其表示所述实际反馈电压与所述基准电压之间的差。将所述误差信号提供给电源电路。所述电源电路产生对应于所述误差信号的交流电源电流，从而将所述电极电压向所期望的加热电压调整。

Description

用于加热放电灯电极的方法和电路

技术领域

本发明涉及一种用于控制放电灯电极的加热的方法，以及一种用于操作放电灯的镇流器电路。

背景技术

为了限制放电灯(比如荧光放电灯)电极的劣化，在放电灯点亮之前预加热所述电极。现有技术中公知的是，在预加热时段期间控制高频交流电源电流的频率。所述交流电源电流的频率可以是例如大约30-70kHz。在预加热期间，所述交流电源电流的频率相对较高，从而使得在放电灯上由并联到所述放电灯的电容产生的电压相对较低。当所述电极被充分加热时，所述频率降低，从而使得所述灯电压增加并且所述放电灯可以点亮。

在背光应用中，可以以脉冲的方式操作放电灯，所述脉冲方式表示以预先确定的脉冲频率交替地打开和关闭所述放电灯。所述脉冲频率可以是大约50-200Hz。为了控制放电灯的光输出，可以使用脉宽调制方案，由此控制所述放电灯的打开和关闭时段的占空比。

在所述放电灯的关闭时段期间，可以加热电极。然而，为了提供长寿命的放电灯(这对于LCD一背光应用尤其重要)，应该非常准确地执行所述加热操作。在现有技术中，提供了用于预加热所述电极直到所述放电灯可以点亮的多种方法和电路。然而，这些方法和电路不是非常准确，并且因此不适于控制电极的加热。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于准确控制放电灯电极的加热的方法和电路。

在根据权利要求1的方法和根据权利要求7的镇流器电路中实现了所述目的。

根据本发明，产生一种反馈电压。所述反馈电压表示电极电压，特别是当放电灯处于非发光状态时的电极电压，于是所述电极电压表示加热电压。将所述反馈电压与预先确定的基准电压相比较，所述基准电压表示所期望的加热电压。比较器产生并输出表示实际反馈电压与所述基准电压之间的差的误差信号。将误差信号提供给电源电路。所述电源电路产生对应于所述误差信号的交流电源电流，从而将所述电极电压向所期望的加热电压调整。

在实施例中，所述放电灯可以耦合到镇流线圈，并且所述镇流线圈可以是变压器的初级绕组，变压器的次级绕组与一耦合电容器和所述放电灯的一电极串联连接。于是，在根据本发明的实施例中，可以基于在耦合电容器与所述变压器的次级绕组之间的节点上的电压来产生所述反馈电压。因此，不是实际的电极电压被确定并用于产生所述反馈电压。与所述电极电压相关的电压(而不是所述电极电压)的确定，可以是有利的，因为电极电阻(并且由此所述电极电压)可以剧烈变化，其具有高达20％的巨大容差。

在实施例中，耦合电容器可以被串联连接到所述放电灯的电极，并且RC滤波器可以被并联连接到所述串联连接。所述RC滤波器可以包括滤波电容器和滤波电阻器，并且所述RC滤波器具有一RC时间常数，其基本等于额定电极电阻与所述耦合电容器的串联连接的RC时间常数。在这个实施例中，可以在所述滤波电容器与所述滤波电阻器之间的节点上产生所述反馈电压。尤其是，可以选择所述滤波电阻器以具有与所述电极电阻相比较大的电阻，同时所述滤波电容器可以具有与耦合电容器的电容相比较小的电容，从而基本上不改变由所述电极和所述耦合电容器所提供的电阻和电容。因此，所述滤波电阻器和所述滤波电容器的加入基本上不改变所述电路的操作。

在实施例中，所述电源电路输出交流电，并且控制所述电源电路的步骤包括控制所述交流电的频率。如本领域所公知，为了预加热和点亮放电灯，所述交流电源电流的频率控制允许控制所述灯电极之间的灯电压。使用相对较高的频率(例如大约60-70kHz)，所述灯电压相对较低，因此仅仅向所述放电灯的电极提供加热电流；使用较低频率(例如30-40kHz)，可以点亮所述放电灯并保持发光。

如上所述，当根据本发明的方法被以脉冲的操作方式操作时可以有利地使用所述方法，即以相对较低的脉冲频率(例如50-200Hz)将所述放电灯交替地切换到打开状态与关闭状态。

在一个方面，本发明提供一种用于操作放电灯的镇流器电路。所述镇流器电路包括：用于产生表示所述放电灯电极的电极电压的反馈电压的反馈电压电路；耦合到所述反馈电压电路的比较器，其用于比较所述反馈电压和基准电压并输出误差信号；以及连接到所述比较器的电源电路，其用于提供对应于所述误差信号的交流电以控制所述电极电压。

附图说明

在下文中，参照示出非限制性实施例的附图，更详细地描述并阐明本发明及其进一步有利的特征，其中

图1示意性示出根据本发明的镇流器电路；以及

图2示意性示出根据本发明的镇流器电路的实施例。

具体实施方式

在附图中，同样的参考标号指的是同样的组件。

图1示出用于操作放电灯La的镇流器电路。所述镇流器电路包括连接到电源10(例如电网供电)的电源电路20。所述镇流器电路进一步包括用于向灯La提供适合的驱动电流的驱动器电路30。根据本发明，所述镇流器电路进一步包括反馈电压电路40和比较器50。

在运行中，电源电路20可以接收交流电源电压(比如电网电压)。电源电路20在所述电源电压上运行，从而产生合适的交流电源电流Is。具体来说，所述电源电路可以整流低频交流电压并产生高频交流电源电流Is。根据现有技术，电源电路20可以被配置以产生用于在点亮所述放电灯La之前加热该放电灯La电极的相对高频(例如60-70kHz)的电源电流，并且降低所述电源电流Is的频率用于放电灯La的点亮和稳定状态运行。合适的稳定状态运行频率可以是例如30-40kHz。

驱动器电路30接收电源电流I s并且被配置以将合适的电流和合适的电压提供给放电灯La。尤其是，在电极的预加热期间，如上所述，相对较低的电压被作用于放电灯La，由此阻止了放电灯La的点亮。为了点亮放电灯并使之处于稳定状态运行期间，相对较大的电压被作用于放电灯La。可以由合适电容器产生所应用的电压，其响应于高频信号产生低电压并且响应于低频信号产生高电压。

在现有技术中，公知的是在预加热和点亮期间控制所述交流电源电流的频率。然而，已知的方法和系统被配置以加热电极，直到所述电极达到预先确定的温度。只要电极已经达到所述预先确定的温度，放电灯La就被点亮。然而，在具体应用中，放电灯La将在预定时间点被点亮，并且在这种应用中所期望的是使得电极保持在预定的温度，直到放电灯La被点亮。保持电极在一段时间期间被加热要求准确控制电极电压，即流过电极的电流由于电极电阻而在电极上产生的电压。

反馈电压电路40根据接收自驱动器电路30的信号S1产生反馈电压S2。反馈电压S2对应于并表示将被控制的电极电压。将反馈电压S2提供给比较器50。比较器50被进一步提供基准电压Vref。在电极的加热期间基准电压Vref表示预先确定的所期望的电极电压。比较器50产生误差信号S3，其对应于反馈电压S2与基准电压Vref之间的差。将误差信号S3提供给电源电路20。响应于误差信号S3，电源电路20改变电源电流Is，从而调整电极电压。例如，电源电路20可以改变电源电流Is的频率。

图2示出如图1所示的镇流器电路的应用实施例。参照图2，所述镇流器电路包括反相电路22。所述反相电路产生交流电源电流Is。反相电路22可以是例如包括多个半导体开关的半桥反相器或全桥反相器。反相电路22具有连接到电压控制的振荡器(VCO)驱动器电路24的控制终端Tc。响应于来自VCO驱动器电路24的控制信号Sc，反相电路22控制电源电流Is的频率。

根据现有技术，所述镇流器电路进一步包括驱动器电路，其包括谐振镇流线圈L1、谐振电容器Cr和DC阻隔电容器Cs，在放电灯La的稳定状态发光运行期间这些组件确定了灯电流的量。在所示的实施例中，镇流线圈L1是变压器的初级绕组。所述变压器进一步分别包括第一和第二次级绕组L2-a和L2-b。第一和第二次级绕组L2-a、L2-b分别与第一和第二耦合电容器Ck-a和Ck-b串联连接，并且分别与放电灯La的第一和第二电极E1-a和E1-b串联连接。次级绕组L2-a、L2-b，耦合电容器Ck-a、Ck-b和电极E1-a、E1-b的电阻确定放电灯La的非发光状态的加热电流。所述反相电路和所述驱动器电路的普通运行的进一步详细的说明被省略了，因为在本领域所示实施例是公知的并且因此本领域的技术人员容易理解所述反相电路、驱动器电路和放电灯La是如何运行的。

根据本发明，从驱动器电路获得电压信号S1。尤其是，在第二次级绕组L2-b的输出端获得电压信号。可以例如通过确定电压信号S1的峰值直接确定所述电极电压，这仅仅需要非常简单的测量电路。然而，由于所述电极电阻在加热期间易于变化(所述电极电阻的容差可以高达20％)，因此将RC滤波器连接到次级绕组(在所示的实施例中为第二次级绕组L2-b)的输出端是有利的。所述包括滤波电容器Cf和滤波电阻器Rf的RC滤波器具有与第二耦合电容器Ck-b和第二电极E1-b的额定电极电阻的连接时基本相等的RC时间常数。

应当注意，可以这样选择变压器：使得它具有高变压器耦合因子。因此，去耦的电感基本上不影响输出电压并且可以假定：第一次级绕组L2-a的输出电压与第二次级绕组L2-b的输出电压基本相等。

再次参照包括滤波电阻器Rf和滤波电容器Cf的RC滤波器，所述RC滤波器与电极E1-b的电极电阻和耦合电容器Ck-b并联连接。优选地，所述并联电路的电阻与所述电极电阻没有实质上的不同，并且所述并联电路的电容与耦合电容器Ck-b的电容也没有实质上的不同。因此，滤波电阻器Rf的电阻可以选择为高，而滤波电容器Cf可以选择为具有相对较小的电容。因此，所述RC时间常数可以基本上等于电极E1-b(额定电阻值)与耦合电容器Ck-b的串联连接的RC时间常数，同时基本不改变总电阻并且基本不改变总电容。

在滤波电容器Cf与滤波电阻器Rf之间的节点处，产生滤波器电压，其表示具有额定电阻的电极的电极电压。将滤波器电压提供给低通滤波器电路42以用于移除高频信号分量，这与控制电极加热并不相关。例如，可以确定RMS电压值。因此，例如，将所述滤波器电压的RMS值作为反馈电压S2提供给所述比较器。

所述比较器可以包括运算放大器(Op-Amp)52。由于所述加热电压(即电极电压)与所述电源电流Is的频率之间的关系被倒置，所以基准电压Vref被作用到Op-Amp52的负极(-)，而反馈电压S2被作用到Op-Amp的正极(+)。

由Op-Amp输出的误差信号S3对应于基准电压Vref与反馈电压S2之间的差。将误差信号S3提供给VCO驱动器电路24。VCO驱动器电路24响应于误差信号S3调整其输出(即控制信号Sc)，从而调整反馈电压S2并且因此调整所述电极电压。所述调整是这样的：使得所述电极电压(特别是反馈电压S2)接近基准电压Vref。

上述控制回路尤其用在电极E1-a、E1-b的加热期间，即用在灯运行的非发光阶段。在灯运行的发光阶段，反相电路22可以被设置为预定频率或可以被VCO驱动器电路24控制。在实施例中，其中反相电路22被VCO驱动器电路24控制，第二误差信号(即不是误差信号S3，而是另一个误差信号)可以被提供给VCO驱动器电路24。图2中示出这种第二误差信号和相应的电路。在另一实施例中，可以在放电灯La的发光阶段控制所述电极电压。

而且，在另一实施例中，所述包括滤波电容器Cf和滤波电阻器Rf的RC滤波器、低通滤波器电路42和/或Op-Amp 52可以用合适的信号处理电路(比如数字信号处理电路)来取代。

虽然在这里公开了本发明的详细实施例，应当理解所公开的实施例仅仅是本发明的示范，可以以多种形式实施本发明。因此，在这里所公开的具体结构的和功能的细节不应被解释为限制，而应仅仅作为权利要求的基础和代表性基础，以教导本领域的技术人员以不同方式使用几乎任意适当详细结构实现本发明。而且在相互不同的从属权利要求中所叙述的某些措施这个起码的事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。

而且，在这里所使用的术语和短语不是限制性的；而是为了提供本发明的可理解的说明。在这里所使用的术语“一个”被定义为一个或多于一个。在这里所使用的术语另一个被定义为至少是第二个或更多。在这里所使用的术语包括和/或具有被定义为包括(即，开放型语言)。在这里所使用的术语耦合被定义为连接，尽管所述连接不必是直接连接并且不必通过电线。

Claims (13)

1.一种用于控制放电灯(La)电极(E1-a，E1-b)的加热的方法，所述方法包括：

-产生反馈电压(S2)，其表示所述放电灯电极的电极电压；

-比较所述反馈电压与基准电压(Vref)以提供误差信号(S3)；和

-相应于所述误差信号，控制电源电路(20)以控制所述电极电压。

2.根据权利要求1的方法，其中所述放电灯被耦合到镇流线圈(L1)，所述镇流线圈是变压器的初级绕组，所述变压器的次级绕组(L2-a，L2-b)与耦合电容器(Ck-a，Ck-b)和所述放电灯的电极串联连接，基于所述耦合电容器与所述变压器次级绕组之间的节点上的电压(S1)而产生所述反馈电压。

3.根据权利要求1的方法，其中耦合电容(Ck-a，Ck-b)与所述放电灯电极串联连接，并且其中RC滤波器并联连接到所述串联连接，所述RC滤波器包括滤波电容器(Cf)和滤波电阻器(Rf)并且所述RC滤波器具有一RC时间常数，其基本上与额定电极电阻和所述耦合电容器的串联连接的RC时间常数相等，并且其中在所述滤波电容器和所述滤波电阻器之间的节点上产生反馈电压(S2)。

4.根据权利要求1的方法，其中所述电源电路输出交流电源电流(Is)，用于控制所述电源电路的步骤包括控制所述交流电源电流的频率。

5.根据权利要求1的方法，其中当所述放电灯处于非发光状态时控制所述电极的加热。

6.根据权利要求5的方法，其中所述放电灯被交替地切换到发光状态与非发光状态。

7.一种用于操作放电灯(La)的镇流器电路，所述镇流器电路包括：

-反馈电压电路(40)，其用于产生表示所述放电灯电极(E1-a，E1-b)的电极电压的反馈电压(S 2)；

-比较器(50)，其被耦合到所述反馈电压电路以用于比较所述反馈电压与基准电压(Vref)并且用于输出误差信号(S3)；和

-电源电路(20)，其连接到所述比较器以用于提供相应于所述误差信号的交流电源电流(Is)以控制所述电极电压。

8.根据权利要求7的镇流器电路，其中所述镇流器电路包括可与所述放电灯电极串联连接的耦合电容器(Ck-a，Ck-b)，并且其中所述反馈电压电路包括可并联连接到所述串联连接的滤波电容器(Cf)和滤波电阻器(Rf)，其中在所述滤波电容器与所述滤波电阻器之间的节点上产生反馈电压(S2)。

9.根据权利要求7的镇流器电路，其中所述反馈电压电路包括低通滤波器电路(42)，其用于向所述比较器提供缓慢变化的电压信号。

10.根据权利要求8的镇流器电路，其中所述低通滤波器尤其是用于产生RMS电压信号的RMS电路。

11.根据权利要求7的镇流器电路，其中所述比较器包括运算放大器(52)。

12.根据权利要求7的镇流器电路，其中所述电源电路被配置以响应于误差信号(S3)而控制交流电源电流(Is)的频率。

13.根据权利要求11的镇流器电路，其中所述电源电路包括用于控制所述交流电源电路的频率的电压控制的振荡器(VCO)驱动器电路(24)，所述VCO驱动器电路被耦合到比较器(52)以用于接收误差信号(S3)。

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